RU2131094C1

RU2131094C1 - Cavitation heat generator

Info

Publication number: RU2131094C1
Application number: RU97105487A
Authority: RU
Inventors: Леонид Иванович Пищенко; Юрий Александрович Меренков
Original assignee: Леонид Иванович Пищенко; Юрий Александрович Меренков
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1999-05-27

Abstract

FIELD: heating equipment, in particular, for heating viscous liquids, like petroleum directly in pipe lines, for example, for heating civil premises and fuel supply of power-consuming industries. SUBSTANCE: accelerator of liquid movement is designed as flow chamber with supply pipe, converging tube and exhaust pipe for processed liquid. Flow chamber contains super-cavitation blades which are mounted on boss. External surface of these blades is embraced by coaxial cylinder which external surface carries another group of super-cavitation blades with opposite direction of flow vortex. Inner group of super- cavitation blades is mounted on boss. Braking unit is designed as flow interruption unit with drive which is located behind working member along direction of flow. Exhaust pipe is connected to heat accumulator which is connected to heat consumers and trunk pump, which output is connected to supply pipe through housing. EFFECT: increased rate of liquid heating, increased efficiency of device operations. 11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где необходимо получение значительного количества тепловой энергии, в частности изобретение можно использовать для подогрева (непосредственно в трубопроводах) вязких жидкостей типа нефти с целью снижения вязкости и улучшения ее реологических свойств. Преимущественная область использования изобретения - отопление и энергетическое обеспечение теплоемких технологических производств. The invention relates to heat engineering and can be used in all sectors of the economy where it is necessary to obtain a significant amount of thermal energy, in particular, the invention can be used to heat (directly in pipelines) viscous liquids such as oil in order to reduce viscosity and improve its rheological properties. The primary area of use of the invention is heating and energy supply of heat-intensive technological production.

Из уровня техники известны конструкции теплогенераторов большой мощности, применяемых, например, при централизированной форме снабжения теплоемких промышленных технологий и гражданских зданий и сооружений. The prior art design of heat generators of high power, used, for example, in a centralized form of supply of heat-intensive industrial technologies and civil buildings.

В настоящее время в качестве теплогенераторов все шире применяются тепловые насосы (см. , например, a.c. СССР N 458691, 1972 г. [1] и pоссийский патент N 2045715, 1993 г. [2]). При работе в этих устройствах осуществляется обратный цикл, т.е. происходит поглощение теплоты из окружающей среды с последующей передачей ее телу с более высокой температурой. Конструктивно тепловой насос содержит замкнутый контур по рабочему телу, включающий устройство, обеспечивающее циркуляцию рабочего тела, теплообменники, устройства, обеспечивающие циркуляцию в контурах низкотемпературного теплоносителя из окружающей среды и высокотемпературного теплоносителя, приводной двигатель и приборы контроля и управления. Теплота, отнятая у окружающей среды, повышает общий КПД теплотехнической установки, суммируется теплотой, полученной от преобразования электроэнергии. Использование тепловых насосов в целях теплоснабжения перспективным направлением в теплотехнике. Однако КПД этих установок сравнительно невысок, вследствие чего они не нашли широкого применения. Currently, heat pumps are increasingly being used as heat generators (see, for example, a.c. USSR N 458691, 1972 [1] and Russian patent N 2045715, 1993 [2]). When working in these devices, a reverse cycle is performed, i.e. heat is absorbed from the environment, followed by its transfer to a body with a higher temperature. Structurally, the heat pump contains a closed circuit along the working fluid, including a device for circulating the working fluid, heat exchangers, devices for circulating in the circuits of the low-temperature coolant from the environment and the high-temperature coolant, a drive motor, and control and monitoring devices. The heat taken from the environment increases the overall efficiency of the thermal installation, is summed up by the heat received from the conversion of electricity. The use of heat pumps for heat supply is a promising area in heat engineering. However, the efficiency of these plants is relatively low, as a result of which they are not widely used.

Известны устройства тепловых насосов, использующих изменения физико-механических параметров среды, в частности давления и объема, для получения тепловой энергии (см., например, a.c. СССР N 458691, 1972 г. [1] и pоссийский патент N 2045715, 1993 г. [2]). Known devices of heat pumps using changes in the physico-mechanical parameters of the medium, in particular pressure and volume, to produce thermal energy (see, for example, ac USSR N 458691, 1972 [1] and Russian patent N 2045715, 1993 [ 2]).

В известных устройствах в качестве среды может быть использована, например, паровоздушная смесь или жидкость. В этих устройствах путем изменения давления и скорости среды генерируется тепловая энергия, что позволяет снизить затраты электроэнергии для получения тепла. In known devices, for example, a vapor-air mixture or liquid can be used as a medium. In these devices, by changing the pressure and velocity of the medium, thermal energy is generated, which reduces the cost of electricity to generate heat.

Тепловой насос [1], выполняющий функцию теплогенератора, рабочей средой которого является жидкость - вода, содержит корпус в виде герметичного сферического сосуда, наполненного рабочей средой с расположенным в нем теплообменником, сетевой насос, обеспечивающий сжатие среды внутри корпуса, подающую и обратные тепломагистрали, оснащенные запорными вентилями, и потребитель тепла. The heat pump [1], which performs the function of a heat generator, the working medium of which is liquid - water, contains a casing in the form of a sealed spherical vessel filled with a working medium with a heat exchanger located in it, a network pump that provides compression of the medium inside the casing, supply and return heat lines equipped with shut-off valves, and heat consumer.

Основной недостаток этого теплового насоса - очень высокое рабочее давление, развиваемое в корпусе, которое достигает 1000 атм. Такие рабочие параметры установки предъявляют повышенные требования к прочности корпусных деталей, запорных вентилей и трубопроводов, что приводит к увеличению себестоимости установки. The main disadvantage of this heat pump is the very high working pressure developed in the housing, which reaches 1000 atm. Such operating parameters of the installation impose increased requirements on the strength of body parts, shut-off valves and pipelines, which leads to an increase in the cost of installation.

Кроме того, использование установки для отопления жилых помещений опасно ввиду высокого рабочего давления. In addition, the use of the installation for heating residential premises is dangerous due to the high working pressure.

За прототип изобретения авторами выбран тепловой генератор [2], включающий корпус с цилиндрической частью, ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса. В основании цилиндрической части, противолежащей циклону, смонтировано тормозное устройство. For the prototype of the invention, the authors chose a thermal generator [2], which includes a housing with a cylindrical part, a fluid accelerator made in the form of a cyclone, the end side of which is connected to the cylindrical part of the housing. At the base of the cylindrical part opposite the cyclone, a brake device is mounted.

Благодаря тому что корпус теплогенератора в нижней части оснащен циклоном, рабочая жидкость под давлением, тангенциально поступая в него, проходит по спирали, и движется в виде вихревого потока, скорость которого возрастает; далее она попадает в цилиндрическую часть корпуса, диаметр которой в несколько раз превышает диаметр инжекционного отверстия, а затем в тормозное устройство. Такое конструктивное выполнение корпуса позволяет снизить скорость и давление среды, при этом в соответствии с известными законами термодинамики, изменяется механическая энергия жидкости, направленная на возрастание ее температуры. Due to the fact that the body of the heat generator in the lower part is equipped with a cyclone, the working fluid under pressure, tangentially entering it, passes in a spiral, and moves in the form of a vortex flow, the speed of which increases; then it enters the cylindrical part of the housing, the diameter of which is several times the diameter of the injection hole, and then into the braking device. Such a structural embodiment of the housing allows to reduce the speed and pressure of the medium, while in accordance with the known laws of thermodynamics, the mechanical energy of the fluid changes, aimed at increasing its temperature.

Повышению эффективности нагрева жидкости способствует дополнительное тормозное устройство, установленное в перепускном патрубке. Перепад давления на выходе из тормозного устройства в верхней части корпуса за счет соотношения выпускного отверстия корпуса и перепускного патрубка обеспечивает превалирование горячего потока жидкости над холодным. An additional braking device installed in the bypass pipe helps to increase the efficiency of heating the liquid. The differential pressure at the outlet of the brake device in the upper part of the housing due to the ratio of the outlet of the housing and the bypass pipe ensures the prevalence of the hot fluid flow over the cold.

В известном устройстве [2] используются изменения физико-механических параметров среды, в частности давления и объема, для получения тепловой энергии. In the known device [2] changes in the physicomechanical parameters of the medium, in particular pressure and volume, are used to produce thermal energy.

Сущность работы теплогенератора по прототипу заключается в ускорении потока в циклоне и постадийном срабатывании полученной кинетической энергии на тормозных устройствах различной конструкции. Однако КПД на каждой стадии срабатывания кинетической энергии - невысок, отсюда следует, что и суммарный КПД не может быть высоким. The essence of the work of the heat generator according to the prototype is to accelerate the flow in the cyclone and stage-by-stage operation of the obtained kinetic energy on the brake devices of various designs. However, the efficiency at each stage of kinetic energy activation is low, which implies that the total efficiency cannot be high either.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности за счет интенсификации процесса нагрева жидкости и снижение энергозатрат. The technical problem to which the invention is directed is to increase efficiency by intensifying the process of heating the liquid and reducing energy consumption.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в кавитационном тепловом генераторе, содержащем корпус, оснащенный ускорителем движения жидкости и тормозным устройством, согласно изобретению ускоритель движения жидкости выполнен в виде проточной камеры с патрубком подвода, конфузором и патрубкам отвода обработанной жидкости, внутри проточной камеры установлен рабочий элемент в виде суперкавитирующих лопаток, закрепленных на ступице, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром, а на наружной поверхности цилиндра расположены суперкавитирующие лопатки, направление закручивания потока которых противоположно направлению закручивания потока внутренними суперкавитирующими лопатками, закрепленными на ступице, при этом тормозное устройство выполнено в виде прерывателя потока с приводом, расположенным за рабочим элементом по ходу потока, патрубок отвода соединен с аккумулятором тепла, выход которого соединен с коммерческим потребителем тепла и сетевым насосом, выход которого соединен через корпус с патрубком подвода. Между рабочим элементом и прерывателем потока установлено устройство отбора расхода жидкости, соединенное с дополнительной проточной камерой внутри которой установлен рабочий элемент, обеспечивающий суперкавитационный режим течения, за которым по ходу потока установлен дополнительный прерыватель потока с приводом, выход проточной камеры соединен через корпус со ступицей, выполненной полой, и коллектором, охватывающим наружную поверхность проточной камеры, имеющей перфорацию в зоне размещения рабочего элемента, причем в корпусе перед рабочим элементом установлен турбулизатор, выполненный в виде прерывателя потока с приводом, соединенным с приводом дополнительного прерывателя потока, который соединен с приводом основного прерывателя потока. Между сетевым насосом и корпусом размещен предвключенный кавитационный активатор, выполненный в виде конфузора, проточной камеры, тангенциально соединенной с корпусом, внутри которой на полой ступице установлен рабочий элемент; полая ступица соединена с аккумулятором тепла преимущественно в верхней точке. В проточной камере за рабочим элементом по ходу потока установлены сопла, преимущественно перпендикулярно направлению потока, входы которых соединены с выходом сетевого насоса. Оси сопл расположены под углом друг к другу. Исполнительный механизм приводов прерывателей соединен через регулятор с датчиком температуры, причем один из входов регулятора соединен с датчиком шума за рабочим элементом. Турбулизатор, выполненный в виде прерыватeля потока, оснащен дополнительными направляющими потока, выполненными, например, в виде пластин, установленными на подвижной части прерывателя под углом к набегающему потоку. Прерыватель и дополнительный прерыватель соединены таким образом, чтобы обеспечить смещение момента начала импульсов в прерывателях. Передняя кромка коаксиальных цилиндров, на которых установлены суперкавитирующие лопатки, направленная навстречу потоку жидкости, выполнена острой, со скошенной внутренней поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля, а передняя кромка ступицы, направленная навстречу потоку жидкости, выполнена острой, со скошенной наружной поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля. На выходе теплового генератора, перед аккумулятором тепла, установлен регулятор давления. Все узлы, контактирующие с жидкостью, выполнены с кремнийорганическим покрытием. The solution to this problem is ensured by the fact that in the cavitation heat generator containing a housing equipped with a fluid accelerator and a brake device, according to the invention, the fluid accelerator is made in the form of a flow chamber with a supply pipe, a confuser and treated liquid pipe, and a working element is installed inside the flow chamber in the form of super cavitating blades mounted on a hub, which on the outer surface are covered by a coaxial cylinder, and on the outer surface of the cylinder Super-cavitating vanes are located in the direction of rotation, the flow swirling direction of which is opposite to the flow swirling direction with internal super-cavitating blades mounted on the hub, while the braking device is made in the form of a flow interrupter with a drive located behind the working element along the flow, the exhaust branch pipe is connected to the heat accumulator, the output of which connected to a commercial heat consumer and a network pump, the output of which is connected through the housing to the supply pipe. Between the working element and the flow breaker, a liquid flow sampling device is installed, connected to an additional flow chamber inside which a working element is installed, providing a super-cavitation flow regime, behind which an additional flow breaker with a drive is installed along the flow, the outlet of the flow chamber is connected through a housing to a hub made hollow, and a collector covering the outer surface of the flow chamber having perforation in the area of the working element, and in the housing A working element has a turbulator made in the form of a flow chopper with a drive connected to the drive of an additional flow chopper, which is connected to the drive of the main flow chopper. Between the mains pump and the housing there is a pre-included cavitation activator made in the form of a confuser, a flow chamber tangentially connected to the housing, inside of which a working element is installed on the hollow hub; the hollow hub is connected to the heat accumulator mainly at the upper point. In the flow chamber, nozzles are installed downstream of the working element, mainly perpendicular to the direction of flow, the inlets of which are connected to the outlet of the mains pump. The axis of the nozzles are angled to each other. The actuator actuator circuit breakers is connected through a regulator to a temperature sensor, and one of the inputs of the regulator is connected to a noise sensor behind the working element. The turbulator, made in the form of a flow breaker, is equipped with additional flow guides, made, for example, in the form of plates, mounted on the movable part of the chopper at an angle to the incoming flow. The chopper and an additional chopper are connected in such a way as to provide a shift in the moment of the onset of pulses in the choppers. The leading edge of the coaxial cylinders on which super-cavitating blades are mounted, directed towards the fluid flow, is made sharp with a beveled inner surface made in the form of a smooth concave profile, and the leading edge of the hub directed towards the fluid flow is made sharp with a beveled outer surface made in the form of a smooth concave profile. At the output of the heat generator, in front of the heat accumulator, a pressure regulator is installed. All nodes in contact with the liquid are made with an organosilicon coating.

Теоретические основы предлагаемого кавитационного теплового генератора следующие. The theoretical basis of the proposed cavitation heat generator is as follows.

Как известно химия, кроме веществ и их взаимодействий, изучает и взаимодействие энергии и вещества. Как правило, источники энергии ограничивают возможность воздействия исследователей на реакционную способность веществ. Взаимодействие электротока с веществом протекает за короткие промежутки времени и характеризуется высокой энергией, тогда как тепловые взаимодействия протекают за большие промежутки времени и при меньших энергиях. Взаимодействие звуковых волн с веществом делает доступным для изучения химиками таких диапазонов энергий и временных шкал, которые недостижимы в других случаях. Необходимое для проведения химической реакции давление в жидкости, получают посредством генерирования в ней интенсивных звуковых волн. Такие волны создают чередующиеся области сжатия (уплотнения) и разрежения, в которых могут образовываться пузырьки диаметром порядка 100 мкм. При схлопывании пузырьков (менее чем за 1 мкс) содержащийся в них газ может нагреться до 5500^oC - эта температура близка к температуре поверхности Солнца. Впервые необычное действие интенсивных звуковых волн при распространении в жидкости - область явлений, относящихся к ультразвуковой химии (звукохимии), обнаружил в 1927 г. А.Лумис. Активизация звукохимических исследований началась в 80-х годах вскоре после создания недорогих и надежных источников ультразвуковых колебаний высокой интенсивности (с частотой более 16 кГц, что выше уровня слухового восприятия человека), сегодня ультразвук применяют в медицинской практике, в промышленности для сварки пластмассовых деталей и очистки материалов и даже в быту в устройствах сигнализации (предупреждающий об ограблении) и т.д. Эти применения, однако, не связаны с химическим действием ультразвука, который может, например, повысить реакционную способность металлического порошка более чем в 10⁵ раз. Он может давать столь быстрое относительное движение металлических частиц, что они будут расплавляться при столкновении. Ультразвук может создавать также микроскопические "очаги пламени" в холодной жидкости. Эти химические эффекты ультразвука обусловлены физическими процессами, благодаря которым в жидкости возникают, растут и схлопываются газовые и паровые пузырьки. Ультразвуковые волны, как и все звуковые волны, включают циклы сжатия и разрежения. Во время циклов сжатия возникают локальные повышения давления в жидкости, что приводит к сближению ее молекул друг с другом; во время циклов разрежения возникают локальные понижения давления, в результате чего молекулы отдaляются друг от друга. Во время цикла разрежения звуковая волна достаточной интенсивности может генерировать образование пузырьков. Частицы жидкости удерживаются вместе силами притяжения, которые определяют ее прочность на разрыв. Для того чтобы образовался пузырек, величина, на которую уменьшается локальное давление в цикле разрежения, должна превысить прочность жидкости на разрыв. Необходимая величина падения давления зависит от типа жидкости и ее чистоты. Прочность на разрыв абсолютно чистой жидкости настолько велика, что имеющиеся ультразвуковые источники не могут создавать падения давления, достаточного для образования пузырьков. Для абсолютно чистой воды, например, потребовалось бы падение давления больше чем на 1000 атм, в то время как самые мощные ультразвуковые генераторы создают давление примерно до 50 атм. Однако прочность жидкостей на разрыв уменьшается за счет газа "захватываемого" трещинами на микроскопических твердых частицах, присутствующих в жидкости. Этот эффект аналогичен снижению прочности, обусловленному трещинами в твердых материалах. В области пониженного давления захваченный газ начинает выходить из трещин, образуя маленький пузырек, переходящий в раствор. В большинстве случаев жидкости бывают достаточно сильно загрязнены пылью и другими твердыми примесями. В водопроводной воде, например, пузырьки образуются при давлении всего на несколько атмосфер. Пузырек в жидкости нестабилен: если он велик, то будет всплывать на поверхность и лопаться; если он мал, то будет сдавливаться жидкостью и исчезать. Однако при взаимодействии с ультразвуковой волной пузырек будет непрерывно поглощать энергию в течение чередующихся циклов сжатия и разрежения. Это взаимодействие приводит к росту и сжатию пузырьков, нарушая динамическое равновесие между паром внутри них и жидкостью снаружи. В одних случаях ультразвуковые волны будут поддерживать существование пузырьков, вызывая лишь колебания его размера. В других случаях средний размер пузырьков будет увеличиваться. Рост пузырька определяется интенсивностью ультразвука. Ультразвук высокой интенсивности может привести к столь быстрому расширению пузырька в цикле разрежения, что он уже не сожмется в цикле сжатия. Следовательно, в таком процессе пузырьки могут быстро вырасти за один период ультразвуковой волны.As you know, chemistry, in addition to substances and their interactions, studies the interaction of energy and matter. As a rule, energy sources limit the ability of researchers to influence the reactivity of substances. The interaction of an electric current with a substance occurs over short periods of time and is characterized by high energy, while thermal interactions occur over large periods of time and at lower energies. The interaction of sound waves with matter makes it possible for chemists to study energy ranges and time scales that are unattainable in other cases. The pressure in a liquid necessary for a chemical reaction is obtained by generating intense sound waves in it. Such waves create alternating areas of compression (compaction) and rarefaction, in which bubbles with a diameter of the order of 100 microns can form. When the bubbles collapse (in less than 1 μs), the gas contained in them can heat up to 5500 ^o C - this temperature is close to the surface temperature of the Sun. For the first time, the unusual effect of intense sound waves propagating in a liquid — a region of phenomena related to ultrasonic chemistry (sound chemistry) —was discovered in 1927 by A. Lumis. The intensification of sound chemical research began in the 80s shortly after the creation of inexpensive and reliable sources of high-intensity ultrasonic vibrations (with a frequency of more than 16 kHz, which is higher than the level of human auditory perception), today ultrasound is used in medical practice, in industry for welding plastic parts and cleaning materials and even in everyday life in alarm devices (warning about robbery), etc. These applications, however, are not related to the chemical action of ultrasound, which can, for example, increase the reactivity of a metal powder by more than 10 ⁵ times. It can give such rapid relative motion of metal particles that they will melt in a collision. Ultrasound can also create microscopic "flames" in a cold liquid. These chemical effects of ultrasound are due to physical processes, due to which gas and vapor bubbles arise, grow and collapse in a liquid. Ultrasonic waves, like all sound waves, include compression and rarefaction cycles. During compression cycles, local pressure increases in the liquid, which leads to the convergence of its molecules with each other; During rarefaction cycles, local pressure drops occur, as a result of which the molecules separate from each other. During a rarefaction cycle, a sound wave of sufficient intensity can generate bubbles. Particles of fluid are held together by attractive forces, which determine its tensile strength. In order for the bubble to form, the value by which the local pressure in the rarefaction cycle decreases should exceed the tensile strength of the liquid. The required pressure drop depends on the type of fluid and its purity. The tensile strength of an absolutely pure liquid is so great that the available ultrasonic sources cannot create a pressure drop sufficient to form bubbles. For absolutely pure water, for example, a pressure drop of more than 1000 atm would be required, while the most powerful ultrasonic generators generate pressures up to about 50 atm. However, the tensile strength of liquids is reduced due to the gas "trapped" by the cracks on the microscopic solid particles present in the liquid. This effect is similar to a decrease in strength due to cracks in solid materials. In the area of reduced pressure, the trapped gas begins to escape from the cracks, forming a small bubble that passes into the solution. In most cases, liquids are quite heavily contaminated with dust and other solid impurities. In tap water, for example, bubbles form at a pressure of only a few atmospheres. A bubble in a liquid is unstable: if it is large, it will float to the surface and burst; if it is small, it will be squeezed by the liquid and disappear. However, when interacting with an ultrasonic wave, the bubble will continuously absorb energy during alternating cycles of compression and rarefaction. This interaction leads to the growth and contraction of the bubbles, disrupting the dynamic equilibrium between the vapor inside them and the liquid outside. In some cases, ultrasonic waves will support the existence of bubbles, causing only fluctuations in its size. In other cases, the average bubble size will increase. Bubble growth is determined by the intensity of the ultrasound. High-intensity ultrasound can lead to such a rapid expansion of the bubble in the rarefaction cycle that it will no longer be compressed in the compression cycle. Therefore, in such a process, the bubbles can grow rapidly in one period of the ultrasonic wave.

В случае ультразвука низкой интенсивности размер пузырька колеблется в фазе с давлением в течение циклов разрежения и сжатия. Поверхность такого пузырька во время цикла разрежения несколько увеличивается по сравнению с циклом сжатия. Поскольку количество газа, диффундирующего в пузырек или из него, зависит от площади поверхности пузырька, диффузия в пузырек во время циклов разрежения будет несколько большей, чем диффузия из него в течение циклов сжатия. Следовательно, за каждый период ультразвуковой волны пузырек расширяется несколько больше, чем сжимается, и с течением времени пузырьки будут медленно расти. Растущий пузырек может постепенно достичь критического размера, при котором он наиболее эффективно поглощает энергию ультразвука. Этот размер зависит от частоты ультразвуковой волны. При 20 кГц, например, критический размер (диаметр) пузырька составляет приблизительно 170 мкм. Такой пузырек может быстро вырасти за один период волны. После того как размер пузырька быстро увеличился, он уже не может эффективно поглощать энергию ультразвука. Без подвода энергии извне пузырек не может существовать. Жидкость сдавливает его, и он схлопывается. При схлопывании пузырьков образуются условия для протекания необычных химических реакций. Газы и пары внутри пузырька сжимаются, интенсивно выделяя тепло, за счет которого повышается температура жидкости в непосредственной близости от пузырька, и, таким образом, создается горячая микрообласть. Несмотря на то что температура этой области чрезвычайно высока, сама область настолько мала, что тепло быстро рассеивается. Согласно оценкам Иллинойского университета в Эрбана-Шампен скорости нагрева и охлаждения жидкости превышают 10⁹ ^oC/с. Это соответствует скорости охлаждения расплавленного металла при его выплескивании на поверхность, охлажденную до температуры вблизи абсолютного нуля. Таким образом, в любой момент времени основная масса жидкости имеет температуру окружающей среды. Точные значения температур и давлений, достигаемыe при схлопывании пузырька, трудно определить как теоретически, так и экспериментально. Однако эти величины имеют фундаментальное значение при описании звукохимических явлений. Для приближенного описания динамики схлопывания пузырька были предложены различные теоретические модели, характеризующиеся разной степенью точности. Недостаток всех этих моделей - невозможность точного описания динамики пузырька на заключительных стадиях схлопывания. Hаиболее сложные модели дают значения температур порядка 10³ ^oC, давлений 10² - 10³ атм и времени нагрева менее 1 мкс. Температуру схлопывающегося пузырька невозможно измерить термометром, поскольку рассеивание тепла происходит слишком быстро. Один из путей измерения температуры - определение скорости известных химических реакций, поскольку температура связана с отрицательным обратным логарифмом скорости реакции. Если измерить скорости нескольких различных реакций, протекающих в созданной ультразвуковой среде, то можно рассчитать температуру, достигаемую после схлопывания пузырька. При определении относительных скоростей ряда звукохимических реакций Д.Хаммертон установил наличие двух различных температурных областей, связанных со схлопыванием пузырька. Газ, содержащийся в пузырьке, достигает температуры около 5500^oC, тогда как жидкость в непосредственной близости от пузырька - 2100^oC. Для сравнения - температура пламени ацетиленовой горелки составляет около 2400^oC. Хотя давление, достигаемое при схлопывании пузырька, труднее определить экспериментально, чем температуру, между этими двумя величинами существует корреляция. Таким образом, для максимального давления можно получить оценку 500 атм, что составляет половину величины давления в глубочайшем месте Мирового океана - Марианской впадине. Несмотря на то что локальные значения температуры и давления, достигаемые при схлопывании пузырька экстремальны, можно успешно контролировать протекание звукохимических реакций. На интенсивность схлопывания пузырьков и, следовательно, на характер реакции влияют такие факторы, как частота ультразвуковой волны, ее амплитуда, температура окружающей среды, статистическое давление, природа жидкости и газа, растворенного в ней. Звукохимические процессы в жидкостях зависят главным образом от физических эффектов при быстром нагреве и охлаждении, вызываемых схлопыванием пузырька. Например, доказано, что при облучении воды ультразвуком под действием энергии ультразвуковых волн вода (H₂O) расщепляется на высокореакционноспособные атомы водорода (H₂) и радикалы гидроксила (OH). На быстрой стадии охлаждения атомы водорода и радикалы гидросила рекомбинируют с образованием перекиси водорода (H₂O₂) и молекулярного водорода H₂. Если к воде, облученной ультразвуком, добавить другие соединения, то в ней могут происходить многие вторичные реакции. Органические соединения интенсивно разлагаются в такой среде, а неорганические могут окисляться или восстанавливаться. В некоторых органических жидкостях при облучении ультразвуком протекают физико-химические реакции. Так, алканы - основные компоненты сырой нефти - могут расщепляться на меньшие фрагменты (например, бензин), обычно для этого сырую нефть подвергают крекингу при нагреве до температуры выше 500^oC. Однако обработка алканов ультразвуком вызывает их расщепление при комнатной температуре, причем продуктом этого процесса является ацетилен, который нельзя получить в достаточном количестве простым нагревом. Возможно, наиболее удивительное химическое явление, связанное с ультразвуком, заключается в его способности создавать микроскопические "очаги пламени" в холодных жидкостях, в результате так называемой звуколюминесценции. Это происходит, когда при схлопывании пузырька в жидкости возникает микрообласть с повышенной температурой; молекулы в этой области могут возбуждаться с переходом в высокоэнергетические состояния. При возвращении молекул в основное состояние они излучают свет. Э. Флинт в 1987 г., обнаружил, что облучение ультразвуком углеводородов дает удивительный результат: цвет излучаемого света такой же, как у пламени газовой горелки. Действие ультразвука на жидкости использовалось также для ускорения химических реакций в растворах. Пример металлоорганических соединений, содержащих связи металл-углерод, особенно показателен. Этот широкий класс веществ играет важную роль при получении пластмасс в производстве микроэлектронных схем и синтезе лекарственных препаратов, гербицидов и пестицидов. В 1998 г. П.Шуберт впервые исследовал действие ультразвука на металлоорганические соединения, в частности на пентакaрбонил железа Fe(CO)₅. Полученные результаты при сравнении с данными по действию света и нагревания на Fe(CO)₅ свидетельствуют о своеобразии химических процессов, вызываемых ультразвуком. Когда Fe(CO)₅ подвергается нагреванию, он разлагается на монооксид углерода (CO) и тонкий порошок железа, который самопроизвольно воспламеняется на воздухе. Когда на Fe(CO)₅ воздействует ультразвуковое излучение, он сначала распадается на Fe(CO)₄ и свободные фрагменты CO. Молекулы Fe(CO)₄ могут затем рекомбинировать с образованием соединения Fe(CO)₉. Схлопывание пузырька приводит к иному результату. Оно сопровождается выделением такого количества тепла, которого достаточно для отщепления нескольких групп CO, но в результате последующего быстрого охлаждения эта реакция прекращается до ее завершения. Таким образом, когда на Fe(CO)₅ действует ультразвук, образуется необычное кластерное соединение Fe₃(CO)₁₂. Звукохимия двух несмешивающихся жидкостей, например масла и воды, определяется способностью ультразвука эмульгировать масло в жидкости, в результате которой микрокапли одной жидкости образуют эмульсию в другой. Ультразвуковые сжимания и разрежения вещества вызывают накопление энергии молекулами на поверхности жидкости, которые в дальнейшем преодолевают силы сцепления, удерживающие их в большой капле, затем происходит дробление капли на более мелкие фрагменты, и постепенно жидкость эмульгируется. Эмульгирование может ускорить химические реакции между несмешивающимися жидкостями благодаря сильному увеличению поверхности их контакта. Большая поверхность контакта облегчает проникновение молекул из одной жидкости в другую - эффекта, в результате которого некоторые реакции ускоряются. Например, эмульгирование ртути в различных жидкостях приводит к особенно интересным реакциям; по А. Фраю из университета Уэсли, который обнаружил, что многие реакции ртути с бромоорганическими соединениями представляют промежуточные стадии образования новых углерод-углеродных связей. Такие реакции играют решающую роль в синтезе сложных органических веществ. Экстремальные условия, создаваемые вблизи твердых поверхностей, могут быть использованы также для придания химической активности "нереакционноспособным" металлам. Например, Р.Джонсон изучал реакции монооксида углерода с молибденом и танталом, а также с другими металлами, близкими к ним по реакционной способности. Для образования карбонилов металлов обычными методами требуется давление 100-300 атм и температуры от 200 до 300^oC. Однако при облучении ультразвуком их образование может происходить при комнатной температуре и атмосферном давлении. Схлопывание пузырька в дополнение ко всем описанным выше эффектам может сопровождаться выходом ударной волны в жидкость. Звукохимические процессы на твердых частицах в жидкости в большой степени определяются такими ударными волнами, под действием которых происходит взаимное сближение микроскопических частиц металлического порошка со скоростью превышающей 500 км/ч. Подобные столкновения настолько интенсивны, что вызывают плавление частиц в месте удара. Это плавление повышает реакционную способность металла, поскольку приводит к удалению металлооксидного покрытия (пленки). Такие защитные оксидные покрытия обнаруживаются на большинстве металлов и являются причиной появления патины на медных изделиях и бронзовых скульптурах. Поскольку ультразвуковая обработка повышает реакционную способность металлических порошков, она увеличивает также их каталитическую активность. Для многих реакций необходим катализатор, чтобы они протекали с требуемой или хотя бы заметной скоростью. Катализатор не расходуется в реакции, а только ускоряет реакцию других веществ. Влияние ультразвука на морфологию частиц, состав поверхности и каталитическую активность исследовалось Д.Касадонте и С.Доктичем. Они обнаружили, что под действием ультразвука происходит резкое изменение морфологии поверхности у таких катализаторов, как порошки никеля, меди и цинка. Поверхности отдельных частиц сглаживаются и частицы объединяются в обширные агрегаты. Эксперимент по определению состава поверхности никеля показал, что оксидное покрытие удаляется, вследствие чего сильно увеличивается каталитическая активность никелевого порошка. В целом облучение ультразвуком повышает эффективность никелевого порошка как катализатора более чем в 10⁵ раз. В таких условиях никелевый порошок также активен как некоторые специальные катализаторы, используемые в настоящее время, однако он не воспламеняется и стоит дешевле.In the case of low-intensity ultrasound, the size of the bubble oscillates in phase with pressure during rarefaction and compression cycles. The surface of such a bubble during the rarefaction cycle slightly increases compared to the compression cycle. Since the amount of gas diffusing into or out of the bubble depends on the surface area of the bubble, diffusion into the bubble during rarefaction cycles will be slightly larger than diffusion from it during compression cycles. Therefore, for each period of the ultrasonic wave, the bubble expands somewhat more than it contracts, and over time, the bubbles will slowly grow. A growing bubble can gradually reach a critical size at which it absorbs ultrasound energy most effectively. This size depends on the frequency of the ultrasonic wave. At 20 kHz, for example, the critical size (diameter) of the bubble is approximately 170 μm. Such a bubble can quickly grow in one wave period. After the size of the bubble rapidly increased, it can no longer effectively absorb the energy of ultrasound. Without supplying energy from outside, a bubble cannot exist. The fluid squeezes it and it collapses. When the bubbles collapse, conditions are formed for unusual chemical reactions to occur. Gases and vapors inside the bubble are compressed, intensively generating heat, due to which the temperature of the liquid rises in the immediate vicinity of the bubble, and thus a hot microregion is created. Although the temperature of this area is extremely high, the area itself is so small that heat quickly dissipates. According to estimates by the University of Illinois at Erbana-Champen, the rates of heating and cooling of the liquid exceed 10 ⁹ ^o C / s. This corresponds to the cooling rate of the molten metal when it is splashed onto a surface cooled to a temperature near absolute zero. Thus, at any given time, the bulk of the liquid has an ambient temperature. The exact values of temperatures and pressures achieved upon collapse of the bubble are difficult to determine both theoretically and experimentally. However, these quantities are fundamental in the description of sound chemical phenomena. For an approximate description of the dynamics of collapse of the bubble, various theoretical models have been proposed, characterized by varying degrees of accuracy. The drawback of all these models is the inability to accurately describe the dynamics of the bubble in the final stages of collapse. The most complex models give temperatures of the order of 10 ³ ^o C, pressures of 10 ² - 10 ³ atm and a heating time of less than 1 μs. The temperature of a collapsing bubble cannot be measured with a thermometer, since heat dissipation is too fast. One way to measure temperature is to determine the speed of known chemical reactions, since temperature is associated with the negative inverse logarithm of the reaction rate. If you measure the speed of several different reactions that occur in the created ultrasonic medium, then you can calculate the temperature reached after the collapse of the bubble. In determining the relative velocities of a number of sound chemical reactions, D. Hammerton established the presence of two different temperature regions associated with the collapse of the bubble. The gas contained in the bubble reaches a temperature of about 5500 ^o C, while the liquid in the immediate vicinity of the bubble is 2100 ^o C. For comparison, the flame temperature of the acetylene burner is about 2400 ^o C. Although the pressure achieved when the bubble collapses is more difficult to determine experimentally than temperature, there is a correlation between these two quantities. Thus, for maximum pressure, an estimate of 500 atm can be obtained, which is half the pressure in the deepest part of the World Ocean - the Mariana Trench. Despite the fact that the local values of temperature and pressure achieved during the collapse of the bubble are extreme, it is possible to successfully control the progress of sound chemical reactions. The intensity of the collapse of the bubbles and, consequently, the nature of the reaction is influenced by such factors as the frequency of the ultrasonic wave, its amplitude, ambient temperature, statistical pressure, the nature of the liquid and gas dissolved in it. The sonochemical processes in liquids depend mainly on the physical effects of rapid heating and cooling caused by the collapse of a bubble. For example, it was proved that when water is irradiated with ultrasound under the influence of the energy of ultrasonic waves, water (H ₂ O) is split into highly reactive hydrogen atoms (H ₂ ) and hydroxyl radicals (OH). At the fast cooling stage, hydrogen atoms and hydrosilic radicals recombine with the formation of hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) and molecular hydrogen H ₂ . If other compounds are added to water irradiated with ultrasound, then many secondary reactions can occur in it. Organic compounds are rapidly decomposed in such an environment, while inorganic compounds can be oxidized or reduced. In some organic liquids, physicochemical reactions occur when irradiated with ultrasound. So, alkanes - the main components of crude oil - can be split into smaller fragments (for example, gasoline), usually for this purpose the crude oil is cracked when heated to a temperature above 500 ^o C. However, the treatment of alkanes with ultrasound causes them to split at room temperature, and the product of this The process is acetylene, which cannot be obtained in sufficient quantities by simple heating. Perhaps the most surprising chemical phenomenon associated with ultrasound is its ability to create microscopic "flames" in cold liquids as a result of so-called sound luminescence. This occurs when, when a bubble collapses in a liquid, a microregion with an elevated temperature appears; molecules in this region can be excited with transition to high-energy states. When molecules return to their ground state, they emit light. E. Flint in 1987, discovered that ultrasonic irradiation of hydrocarbons gives an amazing result: the color of the emitted light is the same as that of a gas burner flame. The action of ultrasound on liquids was also used to accelerate chemical reactions in solutions. An example of organometallic compounds containing metal-carbon bonds is particularly indicative. This broad class of substances plays an important role in the production of plastics in the production of microelectronic circuits and in the synthesis of drugs, herbicides and pesticides. In 1998, P. Schubert first studied the effect of ultrasound on organometallic compounds, in particular, iron pentacarbonyl Fe (CO) ₅ . The results obtained, when compared with data on the effects of light and heating on Fe (CO) _5, indicate the peculiarity of the chemical processes caused by ultrasound. When Fe (CO) _{5 is} subjected to heating, it decomposes into carbon monoxide (CO) and a fine iron powder, which spontaneously ignites in air. When ultrasonic radiation acts on Fe (CO) ₅ , it first decomposes into Fe (CO) ₄ and free CO fragments. The Fe (CO) ₄ molecules can then recombine to form the Fe (CO) ₉ compound. The collapse of the bubble leads to a different result. It is accompanied by the release of such an amount of heat that is sufficient to remove several CO groups, but as a result of subsequent rapid cooling, this reaction stops before it is completed. Thus, when ultrasound acts on Fe (CO) ₅ , an unusual cluster compound Fe ₃ (CO) _{12 is formed} . The sound chemistry of two immiscible liquids, such as oil and water, is determined by the ability of ultrasound to emulsify oil in a liquid, as a result of which microdroplets of one liquid form an emulsion in another. Ultrasonic compressions and rarefaction of the substance cause the accumulation of energy by molecules on the surface of the liquid, which subsequently overcome the cohesive forces that hold them in a large drop, then the drop is crushed into smaller fragments, and the liquid is gradually emulsified. Emulsification can accelerate chemical reactions between immiscible liquids due to the strong increase in their contact surface. A large contact surface facilitates the penetration of molecules from one liquid to another - an effect that accelerates some reactions. For example, emulsification of mercury in various liquids leads to particularly interesting reactions; according to A. Fry from Wesley University, who discovered that many reactions of mercury with organo-bromine compounds represent intermediate stages of the formation of new carbon-carbon bonds. Such reactions play a crucial role in the synthesis of complex organic substances. The extreme conditions created near hard surfaces can also be used to impart chemical activity to "non-reactive" metals. For example, R. Johnson studied the reactions of carbon monoxide with molybdenum and tantalum, as well as with other metals close to them in terms of reactivity. For the formation of metal carbonyls by conventional methods, a pressure of 100-300 atm and temperatures from 200 to 300 ^° C are required. However, under ultrasonic irradiation, their formation can occur at room temperature and atmospheric pressure. The collapse of a bubble, in addition to all the effects described above, can be accompanied by the release of a shock wave into a liquid. Sound chemical processes on solid particles in a liquid are to a large extent determined by such shock waves, under the influence of which the microscopic particles of metal powder come together at a speed exceeding 500 km / h. Such collisions are so intense that they cause the particles to melt at the point of impact. This melting increases the reactivity of the metal, since it removes the metal oxide coating (film). Such protective oxide coatings are found on most metals and are the cause of the appearance of patina on copper products and bronze sculptures. Since ultrasonic treatment increases the reactivity of metal powders, it also increases their catalytic activity. Many reactions require a catalyst so that they proceed at the desired or at least noticeable rate. The catalyst is not consumed in the reaction, but only accelerates the reaction of other substances. The influence of ultrasound on particle morphology, surface composition, and catalytic activity was studied by D. Casadonte and S. Doktich. They found that under the influence of ultrasound, a sharp change in the surface morphology of such catalysts as nickel, copper and zinc powders occurs. The surfaces of individual particles are smoothed and the particles are combined into large aggregates. An experiment to determine the surface composition of nickel showed that the oxide coating is removed, resulting in a greatly increased catalytic activity of nickel powder. In general, ultrasonic irradiation increases the efficiency of nickel powder as a catalyst by more than 10 ⁵ times. Under such conditions, nickel powder is also active as some of the special catalysts currently in use, but it does not ignite and is cheaper.

Ультразвук оказывается полезен почти в каждом случае, когда должны реагировать жидкость и твердое вещество. Кроме того, он может проникать через большой объем жидкости и поэтому хорошо подходит для промышленных применений. В будущем использование ультразвука в химических процессах должно быть очень разнообразным. Что касается синтеза лекарственных препаратов, то ультразвук позволяет увеличить выход продуктов по сравнению с традиционными методами. Ultrasound is useful in almost every case when a liquid and a solid must react. In addition, it can penetrate a large volume of liquid and is therefore well suited for industrial applications. In the future, the use of ultrasound in chemical processes should be very diverse. As for the synthesis of drugs, then ultrasound can increase the yield of products compared to traditional methods.

Однако наиболее высокие достижения в звукохимии могут быть связаны с получением новых материалов, обладающих необычными свойствами. Например, очень высокие температура и давление, достигаемые во время реакции, могут привести к синтезу огнеупорных материалов (таких как карборунд, карбид вольфрама и даже алмаз). Огнеупорные материалы обладают высокой термостойкостью и огромной структурной прочностью. Они находят важное применение в промышленности как абразивы и вставные резцы с повышенной твердостью. However, the highest achievements in sound chemistry may be associated with the receipt of new materials with unusual properties. For example, the very high temperatures and pressures achieved during the reaction can lead to the synthesis of refractory materials (such as carborundum, tungsten carbide and even diamond). Refractory materials have high heat resistance and enormous structural strength. They find important applications in industry as abrasives and insert bits with increased hardness.

Чрезвычайно быстрое охлаждение, сопровождающееся схлопыванием пузырька, может быть использовано для создания металлических стекол. Такие аморфные металлы имеют необычайно высокие коррозионную стойкость и прочность. Extremely fast cooling, accompanied by the collapse of the bubble, can be used to create metal glasses. Such amorphous metals have unusually high corrosion resistance and strength.

Хотя химические применения ультразвука находятся еще на начальных стадиях разработки, в ближайшие годы следует ожидать быстрого прогресса в области звукохимии. Использование ультразвука в лабораторных реакциях широко распространяется, и перенос имеющихся технологий на реакции промышленного масштаба, по-видимому, не за горами. В основе разрабатываемых технологий лежат последние достижения в исследованиях химических эффектов ультразвука. Although the chemical applications of ultrasound are still in the initial stages of development, rapid progress should be expected in the coming years in the field of sound chemistry. The use of ultrasound in laboratory reactions is widespread, and the transfer of existing technologies to industrial-scale reactions is apparently not far off. The technologies being developed are based on the latest advances in research on the chemical effects of ultrasound.

Эффекты, приведенные выше (в т.ч. и кавитация), вызываются действием на жидкую среду ультразвука, достаточного для возникновения этих эффектов интенсивности. При всем великолепии гаммы достигаемых физико-химических эффектов ультразвуковой кавитации (или ультразвуковой кавитационной обработке) присущи и следующие недостатки. The effects described above (including cavitation) are caused by the action of ultrasound on a liquid medium, sufficient for the occurrence of these intensity effects. With all the magnificence of the range of physicochemical effects achieved by ultrasonic cavitation (or ultrasonic cavitation treatment), the following disadvantages are also inherent.

Все результаты достигаются вблизи ультразвукового излучателя, и по мере удаления от излучателя энергия обработки резко снижается, что препятствует ее широкому применению в промышленных объемах. Гидродинамическая кавитация аналогична ультразвуковой кавитации по условиям зарождения кавитационных полостей, их развития и последующего схлопывания, по воздействию, оказываемому на среды, находящиеся в зоне ее действия, и отличается только лишь природой возникновения, т.е. видом "излучателя". Однако это вроде бы незначительное отличие является существенным, поскольку гидродинамическая кавитация характеризуется тем, что вся масса жидкости участвует в процессах образования (развития и схлопывания) кавитационных полостей. Далее используется термин "кавитационный режим течения жидкости", который (по мнению авторов) наиболее полно характеризует происходящие явления, а именно - создаются условия генерирования кавитационных пузырьков, близких по величине диаметра и не зависящих от положения относительно "излучателя"; возможны условия, когда вся жидкость будет превращена в кавитационные пузырьки. Очевидно, что это граничное условие больше необходимого. Реально достаточно, чтобы в паровую фазу (кавитационные пузырьки) переходило около или немного больше половины объема жидкости, тогда при схлопывании кавитационных пузырьков будет что обрабатывать. Количество генерируемых пузырьков можно определить объемом каверны, где собираются кавитационные пузырьки. Экспериментально установлено, что диаметр пузырьков приблизительно одинаков, что приводит к существенно большей (чем при ультразвуковой кавитации) величине выделяемой суммарной энергии. То, что количество кавитационных пузырьков при гидродинамической кавитации во много раз больше, делает последний вывод неоспоримым. All results are achieved near the ultrasonic emitter, and as you move away from the emitter, the processing energy decreases sharply, which prevents its widespread use in industrial volumes. Hydrodynamic cavitation is similar to ultrasonic cavitation in terms of the origin of cavitation cavities, their development and subsequent collapse, in terms of the impact on the media located in the zone of its action, and differs only in the nature of its occurrence, i.e. view of the "emitter". However, this seemingly insignificant difference is significant, since hydrodynamic cavitation is characterized by the fact that the entire mass of fluid is involved in the processes of formation (development and collapse) of cavitation cavities. Further, the term “cavitation regime of fluid flow” is used, which (according to the authors) most fully characterizes the occurring phenomena, namely, conditions are created for generating cavitation bubbles that are close in diameter and do not depend on the position relative to the “emitter”; conditions are possible when all the liquid will be converted into cavitation bubbles. Obviously, this boundary condition is more than necessary. It is really enough that about or a little more than half the volume of the liquid passes into the vapor phase (cavitation bubbles), then when the cavitation bubbles collapse, there will be something to process. The number of generated bubbles can be determined by the volume of the cavity where the cavitation bubbles are collected. It was experimentally established that the diameter of the bubbles is approximately the same, which leads to a significantly larger (than with ultrasonic cavitation) value of the total energy released. The fact that the number of cavitation bubbles during hydrodynamic cavitation is many times larger makes the last conclusion undeniable.

Эффективность кавитационной обработки (любой природы) определяется величиной удельной энергии кумулятивных микроструй, образующихся при схлопывании кавитационных пузырьков, возникающих вследствие распада каверны за кавитатором ("излучателем"), помноженной на количество кавитационных пузырьков. The effectiveness of cavitation treatment (of any nature) is determined by the specific energy of the cumulative microjets generated during the collapse of cavitation bubbles resulting from the decay of the cavity behind the cavitator ("emitter") multiplied by the number of cavitation bubbles.

Считается, что удельная энергия кумулятивных струй пропорциональна квадрату их скорости, а скорость прямым образом зависит от корня квадратного из давления в проточной камере. Таким образом, энергия диспергирования пропорциональна первой степени давления в камере диспергирования, т.е. It is believed that the specific energy of cumulative jets is proportional to the square of their speed, and the speed directly depends on the square root of the pressure in the flow chamber. Thus, the dispersion energy is proportional to the first degree of pressure in the dispersion chamber, i.e.

где v_k - скорость кумулятивных струй;
P - давление в проточной пузырьковой камере;
E - энергия диспергирования.

where v _k is the velocity of the cumulative jets;
P is the pressure in the flowing bubble chamber;
E is the dispersion energy.

Для повышения энергии диспергирования в кавитационных системах предусмотрено расширение потока с помощью диффузора. Максимальное увеличение давления при этом даже при неограниченно бесконечном расширении потока будет стремиться к величине скоростного напора до расширения

и при скорости потока в проточной части, например v = 2 м/с, составит P = 0,02 атм, а при v = 10 м/с P = 0,5 атм максимум.To increase the dispersion energy in cavitation systems, a flow expansion using a diffuser is provided. The maximum pressure increase in this case, even with unlimited infinite expansion of the flow, will tend to the value of the pressure head before expansion

and at a flow velocity in the flow part, for example v = 2 m / s, it will be P = 0.02 atm, and at v = 10 m / s P = 0.5 atm maximum.

Более строго с точки зрения происходящих физико-механических процессов удельная энергия кавитационного воздействия единичного кавитационного пузырька может быть представлена зависимостью
E = k×P/R³-R $\binom{3}{0}$ ,
где k - коэффициент;
P - давление в зоне смыкания каверны;
R, R₀ - радиусы кавитационных пузырьков максимальный и минимальный (в момент схлопывания).More strictly from the point of view of the ongoing physical and mechanical processes, the specific energy of the cavitation effect of a single cavitation bubble can be represented by the dependence
E = k × P / R ³ -R $\binom{3}{0}$ ,
where k is the coefficient;
P is the pressure in the zone of closure of the cavity;
R, R ₀ - the radius of cavitation bubbles maximum and minimum (at the time of collapse).

Анализ приведенной зависимости, с точки зрения достижения наивысшей интенсивности выделения энергии, доказывает необходимость достижения наибольших величин максимального радиуса образовавшегося и готовящегося к схлопыванию кавитационного пузырька и роста давления в зоне схлопывания. Однако это взаимоисключающие условия. При росте давления в зоне схлопывания размер пузырьков уменьшается. При снижении давления пузырьки образуются достаточно большими, однако из-за небольшой разности давлений внутри и вне пузырька схлопывание происходит недостаточно энергично. The analysis of the given dependence, from the point of view of achieving the highest energy release intensity, proves the need to achieve the maximum values of the maximum radius of the cavitation bubble formed and preparing for collapse and pressure increase in the collapse zone. However, these are mutually exclusive conditions. With increasing pressure in the collapse zone, the size of the bubbles decreases. With a decrease in pressure, the bubbles form large enough, however, due to the small difference in pressure inside and outside the bubble, collapse does not occur vigorously.

Для увеличения выделяемой "излучателем" гидродинамической кавитации энергии используется генератор пульсаций давления, выполненный в виде прерывателя потока, состоящий из неподвижного диска и вращающегося диска с радиальными окнами. Установка прерывателя потока за "излучателем" (кавитатором) по ходу потока позволяет обеспечить (при большом проходном сечении прерывателя) условия роста микропузырьков большего размера - при открытом прерывателе (и схлопыванию их) - при перекрытии прерывателя (существенно повышенном давлении). Это может быть достигнуто только при установке прерывателя за кавитатором по ходу потока и свойственно только кавитационному смесителю. Это является одной из отличительных особенностей настоящего технического решения. Создание пульсаций при расположении средства для создания пульсаций до кавитатора приводит к изменению скорости потока жидкости, натекающей на кавитатор. Это приводит к изменению размеров каверны, образующейся за лопатками за счет изменения количества кавитационных микропузырьков, что и обеспечивает некоторую интенсификацию процесса смешения. Изменения давления за кавитатором в каверне при этом не происходит, так как давление за кавитатором в каверне при кавитационном режиме течения постоянно и равно давлению насыщенных паров жидкости, которое не зависит от скорости обтекания кавитатора. Следовательно, удельная энергия, генерируемая при кавитационном режиме течения должна быть представлена зависимостью
E = K/P-P_нп×R³-R $\binom{3}{0}$ ;
где E - энергия, выделяемая при смешении;
K - коэффициент пропорциональности;
P, P_нп - давление в зоне схлопывания и давления насыщенных паров жидкости;
R₀, R - радиус кавитационного пузырька максимальный и в момент схлопывания.To increase the energy emitted by the "emitter" of hydrodynamic cavitation, a pressure pulsation generator is used, made in the form of a flow chopper, consisting of a fixed disk and a rotating disk with radial windows. The installation of a flow interrupter behind the “emitter” (cavitator) along the flow allows one to provide (with a large flow cross section of the interrupter) conditions for the growth of larger microbubbles — with the interrupter open (and their collapse) —with the interrupter shutting off (significantly increased pressure). This can only be achieved by installing a breaker behind the cavitator along the flow and is characteristic only of a cavitation mixer. This is one of the distinguishing features of this technical solution. The creation of pulsations when the location of the means for creating pulsations to the cavitator leads to a change in the velocity of the fluid flowing onto the cavitator. This leads to a change in the size of the cavity formed behind the blades due to a change in the number of cavitation microbubbles, which provides some intensification of the mixing process. In this case, the pressure behind the cavitator in the cavity does not change, since the pressure behind the cavitator in the cavity during the cavitation flow mode is constant and equal to the pressure of saturated vapor of the liquid, which does not depend on the speed of flow around the cavitator. Therefore, the specific energy generated during the cavitation regime of the flow should be represented by the dependence
E = K / PP _np × R ³ -R $\binom{3}{0}$ ;
where E is the energy released during mixing;
K is the coefficient of proportionality;
P, P _np is the pressure in the collapse zone and the pressure of saturated liquid vapor;
R ₀ , R - the radius of the cavitation bubble is maximum at the time of collapse.

Очевидно, что энергия, генерируемая кавитационным течением, прямо пропорционально зависит от давления в зоне схлопывания. Особенно эта зависимость проявляется при кавитационной обработке жидкостей, находящихся при температуре, приближающейся к температуре кипения. В этом случае разность (P - P_нп) приближается к нулю, а следовательно, никакие изменения скорости, пульсации скорости до лопаток, изменение профиля лопаток и т.д. не могут обеспечить условия смешения, т.е. пузырьки будут образовываться хоть и больших размеров, но они либо не схлопнутся, либо энергия будет минимальной (физический смысл происходящего аналогичен кипению воды в чайнике). Данный вопрос до сих пор почти не исследовался, однако чрезвычайно актуален, поскольку открывает новые возможности резкой интенсификации процесса кавитационной обработки. При мгновенном перекрытии прерывателя генерируется ударная волна, распространяющаяся против движения диспергируемой среды приблизительно со скоростью звука в данной среде. Давление на фронте ударной волны определяется по формуле Н.Е.Жуковского: P₂= Cρv, где C - скорость распространения ударных волн в среде, ρ - плотность среды; v - скорость движения среды.Obviously, the energy generated by the cavitation flow is directly proportional to the pressure in the collapse zone. This dependence is especially evident during cavitation treatment of liquids at a temperature approaching the boiling point. In this case, the difference (P - P _np ) approaches zero, and therefore, no changes in speed, velocity pulsations to the blades, change in the profile of the blades, etc. cannot provide mixing conditions, i.e. bubbles will be formed, although large, but they either will not collapse or the energy will be minimal (the physical meaning of what is happening is similar to boiling water in a teapot). This question has not yet been investigated much, but it is extremely relevant, since it opens up new possibilities for a sharp intensification of the cavitation treatment process. Upon instantaneous interruption of the interrupter, a shock wave is generated that propagates against the motion of the dispersible medium at approximately the speed of sound in the medium. The pressure at the front of the shock wave is determined by the formula of N.E. Zhukovsky: P ₂ = Cρv, where C is the velocity of propagation of shock waves in the medium, ρ is the density of the medium; v is the velocity of the medium.

Даже при небольшой скорости потока на выходе v = 2 м/с давление на фронте ударной волны составит: P = 1550•100•2 = 31 атм. Even with a small flow velocity at the outlet v = 2 m / s, the pressure at the front of the shock wave will be: P = 1550 • 100 • 2 = 31 atm.

Таким образом, если вместо применяющегося расширения канала и диффузора установить генератор ударных волн на выходе, то удельная энергия диспергирования увеличится в

если P₂ принимается при v = 2 м/с и P₁ при v = 10 м/с.Thus, if instead of the expansion of the channel and the diffuser used, a shock generator is installed at the output, the specific dispersion energy will increase by

if P _{2 is} taken at v = 2 m / s and P ₁ at v = 10 m / s.

Если же P₁ принять при v = 2 м/с, то увеличение энергии диспергирования будет

Движение ударной волны с таким высоким давлением на ее фронте навстречу потоку вызывает весьма значительное локальное его сжатие. Это явление используется при гидродинамической кавитационной обработке жидкостей (любой природы и происхождения), находящихся при температуре кипения.If P _{1 is} taken at v = 2 m / s, then the increase in the dispersion energy will be

The movement of a shock wave with such a high pressure at its front towards the flow causes a very significant local compression. This phenomenon is used in the hydrodynamic cavitation treatment of liquids (of any nature and origin) at a boiling point.

В свете вышеуказанного, следует пояснить, что в предложенном устройстве, тормозное устройство выполняет новую функцию - генератор усилитель энергии схлопывания кавитационных пузырьков. В случае известных методов достижения кавитации (в том числе ультразвуковой) - это путь повышения подводимой энергии к "излучателю". Гидродинамической кавитации свойственна "коварная" особенность, позволяющая использовать условия обтекания кавитаторов для создания условий генерирования большого количества кавитационных пузырьков большого диаметра. Остановимся на некоторых процессах генерирования кавитационных пузырьков. В процессе гидродинамической кавитации различают несколько стадий: наличие зародыша кавитационного пузырька (центр образования); зарождение кавитационного пузырька; рост размеров кавитационного пузырька за счет разности давлений внутри и вне пузырька; рост размеров кавитационного пузырька за счет сил инерции - инертное состояние; схлопывание кавитационных пузырьков. Каждая стадия характеризуется отрицательным временем реализации или, что нагляднее, длиной пробега каверны. Очевидно, что длина каверны должна быть достаточной для завершения всех стадий процесса. In light of the above, it should be clarified that in the proposed device, the braking device performs a new function - the generator is an energy amplifier for the collapse of cavitation bubbles. In the case of known methods for achieving cavitation (including ultrasound), this is the way to increase the input energy to the "emitter". Hydrodynamic cavitation is characterized by an “insidious” feature that allows one to use the flow around cavitators to create conditions for the generation of a large number of cavitation bubbles of large diameter. Let us dwell on some processes of generation of cavitation bubbles. In the process of hydrodynamic cavitation, several stages are distinguished: the presence of a cavitation bubble embryo (formation center); nucleation of a cavitation bubble; increase in the size of the cavitation bubble due to the pressure difference inside and outside the bubble; increase in the size of the cavitation bubble due to inertia forces - inert state; collapse of cavitation bubbles. Each stage is characterized by a negative implementation time or, more clearly, by the path length of the cavity. Obviously, the cavity length should be sufficient to complete all stages of the process.

Далее задачей является увеличение наводнения каверны, т.е. достижение необходимой величины миделя каверны. Это может быть достигнуто увеличением количества излучателей, решеток излучателей и т.д. Гидродинамическая кавитация и здесь открывает новые возможности ее использования. Установка по оси потока лопаток клиновидной формы, обеспечивающих закручивание потока, генерирующее образование микровихрей, а значит и образование дополнительного их количества. За счет охвата центральных лопаток по наружному диаметру периферийными лопатками обеспечивается закручивание потока жидкости в противоположном направлении, и генерируются новые зоны микровихрей, взаимодействие которых с микровихрями, генерируемыми за лопатками, установленными на оси, удваивают относительные скорости микропотоков, что способствует их взаимопроникновению друг в друга и обеспечивает полное по миделю заполнение кавитационными пузырьками каверны. При снижении скорости потока интенсивность образования микропузырьков снижается вплоть до исчезновения кавитации. Создание стабильного режима кавитации в ее развитой стадии при изменении производительности позволяет снизить удельные энергозатраты. Установлено, что кремнийорганическое покрытие КНН-121 способствует частичному смачиванию поверхности. Это обеспечивает проскальзывание жидкости вдоль поверхности лопастей кавитатора. Возникновение этих условий обтекания позволилo резко, на 30-40%, увеличить длину каверны и количество кавитационных микропузырьков, что обеспечило значительное повышение интенсивности процесса, полностью исключило эрозию элементов смесителя. The next task is to increase the flood of the cavity, i.e. achievement of the required midsection of the cavity. This can be achieved by increasing the number of emitters, emitter gratings, etc. Hydrodynamic cavitation also opens up new possibilities for its use. Installation along the flow axis of the wedge-shaped blades, providing a swirling flow, generating the formation of microvortices, and hence the formation of an additional number of them. By covering the central blades along the outer diameter with peripheral blades, the fluid flow is twisted in the opposite direction and new microvortex zones are generated, the interaction of which with the microvortices generated behind the blades mounted on the axis doubles the relative velocities of the microflows, which facilitates their interpenetration into each other and provides full midsection filling with cavitation bubbles in the cavity. With a decrease in the flow rate, the intensity of microbubble formation decreases until cavitation disappears. Creating a stable cavitation regime in its developed stage with a change in productivity can reduce specific energy consumption. It was found that the organosilicon coating KNN-121 contributes to the partial wetting of the surface. This allows the fluid to slip along the surface of the cavitator blades. The occurrence of these flow conditions made it possible to sharply, by 30–40%, increase the cavity length and the number of cavitation microbubbles, which ensured a significant increase in the process intensity and completely eliminated erosion of the mixer elements.

Наилучшие результаты достигнуты при толщине покрытия 0,1 мм для кремнийорганического покрытия КНН-121. Испытания показали стойкость покрытия КНН-121 в различных средах и переменных температурах. Интенсивность эрозии прямо пропорционально зависит от длины каверны (обычно используется безразмерный параметр - относительная длина каверны, являющаяся отношением длины каверны к диаметру корпуса). Величина эрозии оценивается по изменению массы кавитатора за определенный период времени. The best results were achieved with a coating thickness of 0.1 mm for the organosilicon coating KNN-121. Tests showed the resistance of the KNN-121 coating in various environments and variable temperatures. The erosion rate is directly proportional to the length of the cavity (usually a dimensionless parameter is used - the relative length of the cavity, which is the ratio of the length of the cavity to the diameter of the body). The value of erosion is estimated by the change in the mass of the cavitator for a certain period of time.

На фиг. 1 показан общий вид кавитационного теплогенератора; на фиг. 2 - прерыватель потока; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2. In FIG. 1 shows a general view of a cavitation heat generator; in FIG. 2 - flow breaker; in FIG. 3 is a view A in FIG. 2.

Кавитационный генератор, содержит корпус 1, оснащенный ускорителем движения жидкости и тормозным устройством; ускоритель движения жидкости выполнен в виде проточной камеры 2 с патрубком подвода 3, конфузором 4 и патрубком 5 отвода обработанной жидкости. Внутри проточной камеры 2 установлен рабочий элемент в виде внутренних суперкавитирующих лопаток 6, закрепленных на ступице 7, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром 8, на наружной поверхности которого расположены суперкавитирующие лопатки 9, направление закручивания потока которых противоположно направлению закручивания потока внутренними суперкавитирующими лопатками 6, закрепленными на ступице 7, а тормозное устройство выполнено в виде прерывателя потока с приводом, расположенным за рабочим элементом по ходу потока. Патрубок отвода 5 соединен с аккумулятором тепла 10, выход которого соединен с коммерческим потребителем тепла 11 и сетевым насосом 12, выход которого соединен с патрубком подвода 3. Проточная камера 2 соединена с патрубком 5 отвода обработанной жидкости через диффузор 13. Сетевой насос 12 соединен с патрубком 3 через конфузор 14. Прерыватель потока выполнен в виде дисков 15 и 16 с радиальными окнами 17 и 18. Диск 15 установлен неподвижно, а диск 16 установлен на приводе 19, который соединен с исполнительным механизмом (двигателем) 20. Между диффузором 13 и диском 15 установлена диафрагма 21. Между рабочим элементом и прерывателем потока установлено устройство 22 отбора расхода жидкости, соединенное с дополнительной проточной камерой 23, внутри которой установлен рабочий элемент, обеспечивающий суперкавитационный режим течения в виде суперкавитирующих лопаток 24, закрепленных на ступице 25, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром 26. На наружной поверхности цилиндра 26 расположены суперкавитирующие лопатки 27. В проточной камере 23 ступица 25 закреплена профилями 28, за проточной камерой по ходу потока установлен дополнительный прерыватель потока, снабженный приводом. Упомянутый прерыватель, состоит из дисков 29 и 30 с радиальными окнами 31 и 32. Диск 29 установлен неподвижно, а диск 30 установлен на приводе 33. Между диском 25 и проточной камерой 23 выполнено сужение 34. Выход проточной камеры 23 соединен магистралью 35 через корпус 1 со ступицей 7, выполненной полой, и коллектором 36, охватывающим наружную поверхность проточной камеры 2, имеющую перфорацию в зоне размещения рабочего элемента, причем в корпусе 1 перед рабочим элементом установлен турбулизатор, выполненный в виде прерывателя потока с приводом 37, соединенным с приводом 33 дополнительного прерывателя потока, который соединен с приводом 19 прерывателя потока. A cavitation generator, comprises a housing 1 equipped with an accelerator of fluid motion and a braking device; the fluid accelerator is made in the form of a flow chamber 2 with a supply pipe 3, a confuser 4 and a pipe 5 for discharge of the treated liquid. Inside the flow chamber 2, a working element is installed in the form of internal super-cavitating blades 6, mounted on the hub 7, which are surrounded on the outer surface by a coaxial cylinder 8, on the outer surface of which are super-cavitating blades 9, the flow swirling direction of which is opposite to the flow swirling direction of the inner super-cavitating blades 6, fixed on the hub 7, and the braking device is made in the form of a flow chopper with a drive located behind the working element along at the stream. The branch pipe 5 is connected to a heat accumulator 10, the output of which is connected to a commercial heat consumer 11 and a network pump 12, the output of which is connected to a supply pipe 3. A flow chamber 2 is connected to a pipe 5 for removal of the treated liquid through a diffuser 13. The network pump 12 is connected to a pipe 3 through the confuser 14. The flow chopper is made in the form of disks 15 and 16 with radial windows 17 and 18. The disk 15 is fixedly mounted, and the disk 16 is mounted on the drive 19, which is connected to the actuator (engine) 20. Between the diffuser 13 and com. 15 a diaphragm 21 is installed. Between the working element and the flow chopper, a liquid flow sampling device 22 is connected to an additional flow chamber 23, inside which a working element is installed that provides a super-cavitation flow mode in the form of super-cavitating blades 24, mounted on the hub 25, which are on the outside the surfaces are covered by a coaxial cylinder 26. On the outer surface of the cylinder 26 are super-cavitating blades 27. In the flow chamber 23, the hub 25 is fixed by profiles 28, for the groove An additional flow chopper equipped with a drive is installed along the flow chamber. The mentioned breaker consists of disks 29 and 30 with radial windows 31 and 32. The disk 29 is fixedly mounted, and the disk 30 is mounted on the drive 33. Between the disk 25 and the flow chamber 23, a narrowing 34 is made. The output of the flow chamber 23 is connected by a highway 35 through the housing 1 with a hub 7, made hollow, and a collector 36, covering the outer surface of the flow chamber 2, having a perforation in the area of the working element, and in the housing 1 in front of the working element there is a turbulator made in the form of a flow interrupter with a drive 37, connected nym driven breaker 33 further stream which is connected with a drive 19, a flow interrupter.

Турбулизатор выполнен в виде дисков 38 и 39 с радиальными окнами 40 и 41. Диск 38 установлен неподвижно, и диск 39 установлен на приводе 37. The turbulator is made in the form of disks 38 and 39 with radial windows 40 and 41. The disk 38 is fixedly mounted, and the disk 39 is mounted on the drive 37.

Между сетевым насосом 12 и корпусом 1 размещен предвключенный кавитационный активатор, выполненный в виде конфузора 14 проточной камеры 42, тангенциально соединенной с корпусом 1, внутри которой на полой ступице установлен рабочий элемент, полая ступица 43 соединена с аккумулятором тепла 10, преимущественно в верхней точке. Рабочий элемент выполнен в виде суперкавитирующих лопаток 44, закрепленных на полой ступице 43, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром 45, на наружной поверхности цилиндра 45 расположены суперкавитирующие лопатки 46. Between the network pump 12 and the housing 1 there is a pre-connected cavitation activator made in the form of a confuser 14 of the flow chamber 42, tangentially connected to the housing 1, inside which a working element is installed on the hollow hub, the hollow hub 43 is connected to the heat accumulator 10, mainly at the upper point. The working element is made in the form of super-cavitating vanes 44 mounted on a hollow hub 43, which are surrounded by a coaxial cylinder 45 on the outer surface, and super-cavitating vanes 46 are located on the outer surface of the cylinder 45.

В проточной камере 42 за рабочим элементом по ходу потока установлены сопла 47 и 43 преимущественно перпендикулярно направлению потока, входы которых соединены с выходом сетевого насоса 12 через вентили 49 и 50. In the flow chamber 42, nozzles 47 and 43 are installed downstream of the working element, mainly perpendicular to the direction of flow, the inlets of which are connected to the outlet of the network pump 12 through valves 49 and 50.

Оси сопл 47 и 48 расположены под углом друг к другу. Исполнительный механизм 20 приводов прерывателей соединен через регулятор 51 с датчиком температуры 52, причем один из входов регулятора 51 соединен с датчиком шума 53 за рабочим элементом. The axis of the nozzles 47 and 48 are located at an angle to each other. The actuator 20 of the breaker drives is connected via a controller 51 to a temperature sensor 52, and one of the inputs of the controller 51 is connected to a noise sensor 53 behind the operating element.

Турбулизатор, выполненный в виде прерывателя потока, оснащен дополнительными направляющими потока, выполненными, например, в виде пластин 54 (фиг. 3), установленными на подвижной части прерывателя под углом к набегающему потоку. The turbulator, made in the form of a flow interrupter, is equipped with additional flow guides, made, for example, in the form of plates 54 (Fig. 3), mounted on the movable part of the interrupter at an angle to the incoming flow.

Прерыватель и дополнительный прерыватель соединены таким образом, чтобы обеспечить смещение момента начала импульсов в прерывателях. The chopper and an additional chopper are connected in such a way as to provide a shift in the moment of the onset of pulses in the choppers.

Передняя кромка коаксиальных цилиндров 8, 26, 45, на которых установлены суперкавитирующие лопатки 9, 27, 46, направленная навстречу потоку жидкости, выполнена острой, со скошенной внутренней поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля, а передняя кромка ступицы 7, 25, 43, направленная навстречу потоку жидкости, выполнена острой, со скошенной наружной поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля. The leading edge of the coaxial cylinders 8, 26, 45, on which super-cavitating blades 9, 27, 46 are installed, directed towards the fluid flow, is made sharp with a beveled inner surface made in the form of a smooth concave profile, and the leading edge of the hub 7, 25, 43 directed towards the fluid flow, made sharp, with a beveled outer surface, made in the form of a smooth concave profile.

На выходе теплового генератора установлен регулятор давления 55, выход которого соединен с исполнительным механизмом 56. At the output of the heat generator, a pressure regulator 55 is installed, the output of which is connected to the actuator 56.

Все узлы, контактирующие с жидкостью, выполнены с кремний-органическим покрытием, например следующего состава: Al₂O₃ - 10-40 мас.%, асбест - 10-30 мас.%, слюда-мусковит 1-10 мас.%, связующее - остальное.All nodes in contact with the liquid are made with a silicon-organic coating, for example, the following composition: Al ₂ O ₃ - 10-40 wt.%, Asbestos - 10-30 wt.%, Mica-muscovite 1-10 wt.%, A binder - the rest.

При включении в работу насоса 12, жидкость через диффузор 14 попадает в проточную камеру 42 под давлением 4-8 атм, где происходит разделение потока. Одна часть потока поступает на лопатки 44, где за счет сужения проходного сечения и закручивания потока скорость потока жидкости возрастает, а давление понижается. При достижении величины давления насыщенных паров после лопаток 44 образуется кавитационная каверна, в хвостовой части которой образуется поле микропузырьков. В результате схлопывания кавитационных пузырьков возникают поля кумулятивных микроструй со скоростью порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями до 10⁵ атм.When you turn on the pump 12, the fluid through the diffuser 14 enters the flow chamber 42 under a pressure of 4-8 bar, where the flow is divided. One part of the flow enters the blades 44, where due to the narrowing of the bore and swirling the flow, the fluid flow rate increases and the pressure decreases. Upon reaching the saturated vapor pressure after the blades 44, a cavitation cavity is formed, in the tail of which a field of microbubbles is formed. As a result of the collapse of cavitation bubbles, fields of cumulative microjets arise with a velocity of the order of 10 ⁵ m / s and shock pressures of up to 10 ⁵ atm.

Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитационных пузырьков. Другая часть потока поступает на суперкавитирующие лопатки 46, за которыми также возникают каверны, причем последние взаимодействуют с каверной, образованной лопатками 44. Из-за разнонаправленного закручивания потоков происходит взаимное влияние и проникновение микровихрей и образовавшихся кумулятивных микроструй и их ударное взаимодействие. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивностью образования кавитационных пузырьков, микроструек и микровихрей. Часть потока жидкости после насоса 12 попадает в сопла 47 и 43, направленныe встречно. Взаимодействуя, струи жидкости образуют каверну (кавитация по методу академика Л. Седова), которая вносит дополнительную нестационарность в основную каверну и интенсифицирует процесс. В случае когда оси сопл 47 и 43 направлены под углом друг к другу, происходит дополнительное закручивание потока и как следствие увеличивается нестационарность каверны, что обеспечивает рост количества микропузырьков. Суммарная каверна через патрубок 3 попадает в корпус 1, где заканчивается схлопывание кавитационных пузырьков. In addition, due to the swirling of the flow, the formation of microvortexes contributes to the formation of cavitation bubbles. Another part of the flow enters supercavitating blades 46, after which caverns also arise, the latter interacting with the cavity formed by the blades 44. Due to the multidirectional swirling of the flows, the mutual influence and penetration of microvortices and the resulting cumulative microjets and their impact interaction occur. The total cavity is characterized by a high intensity of formation of cavitation bubbles, microstructures, and microvortices. Part of the fluid flow after the pump 12 enters the nozzles 47 and 43, directed in the opposite direction. Interacting, the liquid jets form a cavity (cavitation according to the method of academician L. Sedov), which introduces additional non-stationarity in the main cavity and intensifies the process. In the case when the axis of the nozzles 47 and 43 are directed at an angle to each other, an additional swirling of the flow occurs and, as a consequence, the non-stationary state of the cavity increases, which ensures an increase in the number of micro bubbles. The total cavity through the pipe 3 enters the housing 1, where the collapse of the cavitation bubbles ends.

Газы и пары из аккумулятора тепла 10 эжектируются в полую ступицу 43 и попадают в каверну. Эти газы являются центрами образования дополнительных кавитационных пузырьков и, кроме того, деаэрируют горячую воду, подающуюся коммерческому потребителю тепла 11, что снижает коррозию металлоконструкций. Gases and vapors from the heat accumulator 10 are ejected into the hollow hub 43 and enter the cavity. These gases are centers of the formation of additional cavitation bubbles and, in addition, deaerate the hot water supplied to the commercial heat consumer 11, which reduces the corrosion of metal structures.

Установлено, что наибольшая интенсивность генерирования кавитационных пузырьков достигается при наложении на кавитационный режим течения пульсационного воздействия, который обеспечивается прерывателем потока жидкости. При вращении диска 35 с радиальными окнами 41 происходит поочередное перекрытие радиальных окон 40 диска 38, что приводит к пульсации давления потока. Наибольший эффект проявляется при совпадении частот пульсаций каверны за рабочим элементом в проточной камере 42 и пульсаций давления, вызванным прерывателем потока, т.е. при резонансе частот. В этом участке теплогенератора происходит генерирование тепла и жидкость разогревается. Дополнительным неожиданным эффектом, явилось то, что на участке между проточной камерой 42 и проточной камерой 2 не все пузырьки полностью схлопнулись, часть газа не успела раствориться в жидкости, т.е. перед проточной камерой 2 образовалась активированная жидкость, причем активация жидкости проявляется двояко; нагретая жидкость более легко переходит в режим кавитационного течения, но более важным является то, что вся жидкость насыщена активными центрами-зародышами кавитационных пузырьков. Поток жидкости через конфузор 4, разгоняясь, поступает на лопатки, где за счет сужения проходного сечения и закручивания скорость потока возрастает, а давление понижается. При достижении величины давления насыщенных паров после лопаток 6 образуется кавитационная каверна, в хвостовой части которой образуется поле микропузырьков. В результате схлопывания кавитационных пузырьков возникают поля кумулятивных микроструй со скоростями порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями до 10⁵ атм. Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитационных пузырьков (следует отметить нестационарный характер хвостовой части каверны). Другая часть потока жидкости поступает на суперкавитирующие лопатки 2, за которыми также возникает каверна, причем последняя взаимодействует с каверной, образованной лопатками 6. Ввиду разнонаправленного закручивания потоков происходит взаимное проникновение кавитационных микроструек и их ударное взаимодействие. Кроме того, наблюдается взаимодействие микровихрей. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивностью образования кавитационных пузырьков, микроструек и микровихрей. Хвостовая часть суммарной каверны также имеет нестационарный характер. Установлено, что наибольшая интенсивность генерирования тепла достигается при наложении на кавитационный режим течения пульсационного режима, который обеспечивается прерывателем потока. При вращении диска 16 с окнами происходит поочередное перекрытие радиальных окон 17 диска 15, что приводит к пульсации потока. Наибольший эффект проявляется при совпадении частот пульсаций хвостовой части каверны и пульсаций расхода, т.е. при резонансе. В этом случае значительно повышается интенсивность кавитационных шумов, которые передаются корпусу смесителя и воспринимаются первичным преобразователем 53 (например, пьезоэлектрический гидрофон). Аналоговый выходной сигнал первичного преобразователя 53 поступает на вход вторичного показывающего и регистрирующего прибора 51, имеющего блок регулирования напряжения. В качестве двигателя 20 выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с включенными в сеть статора дросселями насыщения. Интенсивность шума, измеряемого блоком 53, преобразуется в напряжение и с помощью регулятора 51 управляют частотой вращения двигателя 20 за счет изменения частоты вращения пульсатора (следовательно, и частотой генерируемых пульсаций).It has been established that the highest intensity of cavitation bubble generation is achieved by applying a pulsating effect to the cavitation mode, which is provided by a liquid flow interrupter. When the disk 35 is rotated with the radial windows 41, the radial windows 40 of the disk 38 are alternately overlapped, which leads to pulsation of the flow pressure. The greatest effect is manifested when the frequencies of cavity pulsations coincide behind the working element in the flow chamber 42 and pressure pulsations caused by the flow interrupter, i.e. at resonance frequencies. In this section of the heat generator, heat is generated and the liquid is heated. An additional unexpected effect was that in the area between the flow chamber 42 and flow chamber 2, not all bubbles completely collapsed, some of the gas did not manage to dissolve in the liquid, i.e. an activated liquid was formed in front of the flow chamber 2, and the activation of the liquid is manifested in two ways; the heated liquid more easily passes into the cavitation flow regime, but more important is that the entire liquid is saturated with active centers-nuclei of cavitation bubbles. The flow of fluid through the confuser 4, accelerating, enters the blades, where due to the narrowing of the orifice and swirling, the flow rate increases and the pressure decreases. Upon reaching the saturated vapor pressure after the blades 6, a cavitation cavity is formed, in the tail of which a field of microbubbles is formed. As a result of the collapse of cavitation bubbles, fields of cumulative microjets arise with velocities of the order of 10 ⁵ m / s and shock pressures of up to 10 ⁵ atm. In addition, due to the swirling of the flow, the formation of microvortexes contributes to the formation of cavitation bubbles (it should be noted the unsteady nature of the caudal caudal part). Another part of the fluid flow enters the super-cavitating blades 2, after which a cavity also arises, the latter interacting with the cavity formed by the blades 6. Due to the multidirectional swirling of the flows, the mutual penetration of cavitation microstructures and their impact interaction occur. In addition, the interaction of microvortices is observed. The total cavity is characterized by a high intensity of formation of cavitation bubbles, microstructures, and microvortices. The caudal part of the total cavity is also unsteady. It has been established that the greatest intensity of heat generation is achieved when a pulsation mode is applied to the cavitation mode, which is provided by the flow interrupter. When the disk 16 is rotated with the windows, the radial windows 17 of the disk 15 are alternately overlapped, which leads to a flow ripple. The greatest effect is manifested when the pulsation frequencies of the caudal tail and pulsation flow coincide, i.e. at resonance. In this case, the intensity of cavitation noise is significantly increased, which is transmitted to the mixer body and is perceived by the primary transducer 53 (for example, a piezoelectric hydrophone). The analog output signal of the primary Converter 53 is fed to the input of the secondary indicating and recording device 51 having a voltage control unit. As the motor 20, an asynchronous squirrel-cage rotor motor with saturation chokes included in the stator network was selected. The intensity of the noise measured by block 53 is converted to voltage and, using the regulator 51, control the speed of the engine 20 by changing the speed of the pulsator (and hence the frequency of the generated ripples).

В табл. 1 приводятся сравнительные (с a.c. СССР N 1083782) данные испытаний. In the table. 1 shows comparative (with a.c. USSR N 1083782) test data.

Зону схлопывания кавитационных микропузырьков определяют непосредственным измерением по уровню кавитационных шумов. В зоне схлопывания интенсивность шумов наивысшая, и, перемещая датчик шумомера вдоль проточного участка, определяют местоположение зоны схлопывания. С другой стороны, схлопывание кавитационных пузырьков происходит в области изменения сечения потока, а именно в области диффузора 13. В этом месте происходит уменьшение кинетической энергии потока с увеличением потенциальной энергии. Скорость потока снижается, а давление увеличивается, что и определяет энергию и место схлопывания кавитационных пузырьков. The collapse zone of cavitation microbubbles is determined by direct measurement of the level of cavitation noise. In the collapse zone, the noise intensity is highest, and by moving the sound level meter sensor along the flow section, the location of the collapse zone is determined. On the other hand, the collapse of cavitation bubbles occurs in the region of change in the flow cross section, namely in the region of the diffuser 13. At this point, the kinetic energy of the flow decreases with an increase in potential energy. The flow rate decreases and the pressure increases, which determines the energy and the place of collapse of cavitation bubbles.

Использование прерывателя приводит к пульсации как расхода, так и давления потока и, что очень важно, после рабочего элемента по ходу потока. Кавитатор и поток несжимаемой жидкости до кавитатора служат демпфером. После кавитатора по ходу потока образуется жидкогазовая среда, которая сжимается. Таким образом, пульсации воздействуют на каверну, вызывая увеличение нестационарности каверны, и интенсифицируют схлопывание пузырьков, и за счет сжимаемости почти не сказываются во всем сечении потока (каверны). The use of a chopper leads to a pulsation of both the flow rate and the pressure of the flow and, very importantly, after the working element along the flow. The cavitator and the flow of incompressible fluid to the cavitator serve as a damper. After the cavitator, a liquid-gas medium is formed along the flow, which is compressed. Thus, the pulsations act on the cavity, causing an increase in the non-stationary state of the cavity, and intensify the collapse of the bubbles, and due to compressibility they hardly affect the entire cross section of the flow (cavity).

Измеритель температуры 52 корректирует управляющий сигнал регулятора 51, корректируя частоту вращения двигателя 20 при изменении температуры в патрубке 5. The temperature meter 52 corrects the control signal of the controller 51, adjusting the speed of the engine 20 when the temperature in the pipe 5 changes.

Пульсации давления жидкости, генерируемые на диске 15, воздействуют на каверну образованную за рабочим элементом в проточной камере 2 через диафрагму 21. Диафрагма 21 играет двоякую роль: она служит и для создания повышенного давления за проточной камерой 2, и при воздействии пульсаций давления диском 15 перед диафрагмой генерируются вторичные пульсации давления. Таким образом, между проточной камерой 2 и диском 15 образуется два объема жидкости, где происходят ударные пульсации давления, что значительно интенсифицирует процесс схлопывания кавитационных пузырьков, а значит и процесс генерирования тепла. Нагретая жидкость через патрубок 5 отводится в аккумулятор тепла 10, откуда подается коммерческим потребителям тепла 11. На выходе патрубка 5 установлен исполнительный механизм 56, регулирующий величину давления в патрубке 5, Управляющий вход исполнительного механизма 56 соединен с регулятором давления 55, управляющий величиной давления в патрубке 5. Таким образом, поддерживается общее избыточное давление в теплогенераторе, что на всех стадиях интенсифицирует процесс. Fluid pressure pulsations generated on the disk 15 act on the cavity formed behind the working element in the flow chamber 2 through the diaphragm 21. The diaphragm 21 plays a dual role: it serves to create increased pressure behind the flow chamber 2, and when the pressure pulsations act on the disk 15 before secondary pressure pulsations are generated by the diaphragm. Thus, between the flow chamber 2 and the disk 15, two volumes of liquid are formed where shock pressure pulsations occur, which significantly intensifies the process of collapse of cavitation bubbles, and hence the process of heat generation. The heated liquid through the nozzle 5 is discharged to the heat accumulator 10, from where it is supplied to commercial heat consumers 11. At the outlet of the nozzle 5, an actuator 56 is installed that controls the pressure in the nozzle 5, The control input of the actuator 56 is connected to a pressure regulator 55 that controls the pressure in the nozzle 5. Thus, the overall overpressure in the heat generator is maintained, which intensifies the process at all stages.

Между диафрагмой 21 и диском 15 установлено устройство 22 отбора жидкости, соединенное с проточной камерой 23. Жидкость через устройство 22 поступает в проточную камеру 23, где происходит разделение потока жидкости. Одна часть потока жидкости поступает на лопатки 24, где за счет сужения проходного сечения и закручивания потока скорость жидкости возрастает, а давление понижается. При достижении величин давления насыщенных паров после лопатки 24 образуется кавитационная каверна, в хвостовой части которой образуется поле микропузырьков. В результате схлопывания кавитационных пузырьков возникают поля кумулятивных микроструй со скоростями порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями до 10⁵ атм. Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитационных пузырьков. Другая часть потока жидкости поступает на суперкавитирующие лопатки 27, за которыми также возникает каверна, причем последняя взаимодействует с каверной, образованной за лопатками 24. Ввиду разнонаправленного закручивания потоков происходит взаимное проникновение кавитационных микроструек и их ударное взаимодействие. Кроме того, происходит взаимодействие микровихрей. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивностью образования кавитационных пузырьков, микроструек и микровихрей.Between the diaphragm 21 and the disk 15 is installed a device 22 for the selection of fluid connected to the flow chamber 23. The fluid through the device 22 enters the flow chamber 23, where the separation of the fluid flow occurs. One part of the fluid flow enters the blades 24, where due to the narrowing of the bore and swirling the flow, the fluid velocity increases and the pressure decreases. Upon reaching the saturated vapor pressure after the blade 24, a cavitation cavity is formed, in the tail of which a field of microbubbles is formed. As a result of the collapse of cavitation bubbles, fields of cumulative microjets arise with velocities of the order of 10 ⁵ m / s and shock pressures of up to 10 ⁵ atm. In addition, due to the swirling of the flow, the formation of microvortexes contributes to the formation of cavitation bubbles. Another part of the fluid flow enters the super-cavitating blades 27, after which a cavity also arises, the latter interacting with the cavity formed behind the blades 24. Due to the multidirectional swirling of the flows, the mutual penetration of cavitation microjets and their impact interaction occurs. In addition, microvortices interact. The total cavity is characterized by a high intensity of formation of cavitation bubbles, microstructures, and microvortices.

Установлено, что наибольшая интенсивность генерирования тепла достигается при наложении на кавитационный режим течения пульсационного режима, который обеспечивается прерывателем потока. При вращении диска 30 с окнами 32 происходит поочередное перекрытие радиальных окон 31 диска 29, что приводит к пульсации давления потока жидкости. Наибольший эффект происходит при совпадении частот пульсаций хвостовой части каверны и пульсаций давления жидкости, т.е. при резонансе частот. Разогретая жидкость из проточной камеры 23 через магистраль 35 поступает через полую ступицу 7 в каверну за рабочим элементом в проточной камере 2. Из магистрали 35 через кольцевой коллектор 36 жидкость поступает в область каверны снаружи ее в зону интенсивного генерирования тепла. Разогрев жидкости в проточной камере 23, наличие несхлопнувшихся пузырьков и нерастворившихся газов активируют жидкость, с которой они попадают по оси внутрь каверны и через кольцевой коллектор 36 снаружи каверны и создают условия для дальнейшего увеличения количества генерируемых пузырьков. It has been established that the greatest intensity of heat generation is achieved when a pulsation mode is applied to the cavitation mode, which is provided by the flow interrupter. When the disk 30 is rotated with the windows 32, the radial windows 31 of the disk 29 alternately overlap, which leads to a pulsation of the pressure of the fluid flow. The greatest effect occurs when the pulsation frequencies of the caudal tail and pulsations of the liquid coincide, i.e. at resonance frequencies. The heated liquid from the flow chamber 23 through the line 35 enters through the hollow hub 7 into the cavity behind the working element in the flow chamber 2. From the line 35, through the annular collector 36, the liquid enters the area of the cavity outside of it into the zone of intense heat generation. Heating the liquid in the flow chamber 23, the presence of non-collapsed bubbles and insoluble gases activate the liquid with which they flow along the axis inside the cavity and through the annular collector 36 outside the cavity and create conditions for a further increase in the number of generated bubbles.

Таким образом, на рабочий элемент, расположенный в проточной камере 2, активированная разогретая жидкость подается в три области: на суперкавитирующие лопатки 6 и 9; полую ступицу 7; снаружи каверны через кольцевой коллектор 36, что создает условия генерирования максимально возможного количества кавитационных пузырьков и как следствие генерирования максимального количества тепла. Thus, on the working element located in the flow chamber 2, the activated heated liquid is supplied in three areas: on super-cavitating blades 6 and 9; hollow hub 7; outside the cavity through the annular collector 36, which creates the conditions for the generation of the maximum possible number of cavitation bubbles and, as a result, the generation of the maximum amount of heat.

Размещение пластин 54 на диске 39 под углом к набегающему потоку обеспечивает дополнительную турбулизацию потока за диском 39, чем достигается равномерность распределения нерастворившихся газов в жидкости и способствует повышению ее однородности. Кроме того, расположение пластин 54 под углом позволяет использовать для вращения жидкости часть энергии потока. The placement of the plates 54 on the disk 39 at an angle to the incoming flow provides additional turbulence of the flow behind the disk 39, thereby achieving a uniform distribution of insoluble gases in the liquid and contributes to its uniformity. In addition, the location of the plates 54 at an angle allows you to use part of the flow energy to rotate the fluid.

Смещение момента начала импульсов в прерывателях позволяет подавать максимальное количество активированной жидкости в проточную камеру 2 в момент перекрытия окон 17 и 18, увеличивая этим амплитуду пульсаций. The shift of the moment of the beginning of the pulses in the breakers allows you to feed the maximum amount of activated liquid into the flow chamber 2 at the time of the overlap of the windows 17 and 18, thereby increasing the amplitude of the pulsations.

Выполнение внутренней поверхности коаксиальных цилиндров 45, 26, 8 в виде плавного вогнутого профиля позволяет снизить гидравлическое сопротивление цилиндров, плавно сжать поток к оси, снизив трение о стенки цилиндра. В дополнение к этому выполнение ступиц 43, 25, 7 с наружной поверхностью в виде плавного вогнутого профиля формирует поток, направляя его на лопатки 44, 24, 6 - соответственно. The implementation of the inner surface of the coaxial cylinders 45, 26, 8 in the form of a smooth concave profile allows to reduce the hydraulic resistance of the cylinders, smoothly compress the flow to the axis, reducing friction on the cylinder walls. In addition to this, the execution of the hubs 43, 25, 7 with the outer surface in the form of a smooth concave profile forms a flow, directing it to the blades 44, 24, 6, respectively.

Установка на выходе теплового генератора за патрубком 5 регулятора давления позволяет при прочих равных условиях поддерживать избыточное давление, необходимое для интенсивного генерирования тепла. Installation at the outlet of the heat generator behind the nozzle 5 of the pressure regulator allows, ceteris paribus, to maintain the excess pressure necessary for intensive heat generation.

Использование для покрытия внутренних поверхностей кремнийорганических покрытий позволяет снизить энергозатраты теплового генератора, повысить ресурс его работы. Данные испытаний сведены в табл. 2. В табл. 3 приведены составы КОП (кремнийорганического покрытия). The use of organosilicon coatings for coating the internal surfaces allows to reduce the energy consumption of a heat generator, to increase the resource of its work. The test data are summarized in table. 2. In the table. 3 shows the compositions of CPC (organosilicon coating).

В табл. 4 приведены параметры, определяющие получение положительного эффекта, в зависимости от состава покрытия. Следует отметить, что начальная эрозия, даже незначительная, приводит к цепной реакции разрушения кавитатора. In the table. 4 shows the parameters that determine the receipt of a positive effect, depending on the composition of the coating. It should be noted that the initial erosion, even slight, leads to a chain reaction of the destruction of the cavitator.

Испытания предлагаемого покрытия показали его надежность и эффективность. Tests of the proposed coating showed its reliability and effectiveness.

Необходимо отметить, что известные покрытия неустойчивы к воздействию смачивающих веществ, что приводит к интенсивному износу покрытия, и, кроме того, поверхность этих покрытий характеризуется такой шероховатостью, которая негативно влияет на эффективность работы кавитатора. It should be noted that the known coatings are unstable to the effects of wetting agents, which leads to intensive wear of the coating, and, in addition, the surface of these coatings is characterized by such a roughness that negatively affects the efficiency of the cavitator.

В то же время предлагаемое покрытие при чрезвычайно высокой устойчивости к механическому износу и высокой термостойкости и химической стойкости отличается повышенной гладкостью. Это повышает эффективность работы за счет увеличения длины каверны при неизменном расходе. At the same time, the proposed coating with extremely high resistance to mechanical wear and high heat resistance and chemical resistance is characterized by increased smoothness. This increases work efficiency by increasing the length of the cavity at a constant flow rate.

Приведенный состав покрытия, позволил получить наилучшие условия работы (т. е. достигнуть максимальной длины каверны при стабильном расходе) кавитационного теплогенератора при повышении механической прочности и термохимической стойкости. The given coating composition made it possible to obtain the best working conditions (i.e., to achieve the maximum cavity length at a stable flow rate) of a cavitation heat generator with an increase in mechanical strength and thermochemical resistance.

Промышленная применимость предложенного изобретения гарантируется, поскольку при его использовании значительно повышается эффективность теплогенерации, особенно в технологических производствах с переменной производительностью. The industrial applicability of the proposed invention is guaranteed, since when it is used, the efficiency of heat generation is significantly increased, especially in technological industries with variable productivity.

Claims

1. A cavitation heat generator comprising a housing equipped with a fluid accelerator and a brake device, characterized in that the fluid accelerator is made in the form of a flow chamber with a supply pipe, a confuser and a processed liquid pipe, and a working element in the form of super cavitating blades is installed inside the flow chamber mounted on the hub, which on the outer surface are covered by a coaxial cylinder, super-cavitating vanes are located on the outer surface of the cylinder, directed swirling the flow of which is opposite to the direction of swirling of the flow with internal super-cavitating vanes mounted on the hub, and the braking device is designed to interrupt the flow with the drive located behind the working element along the flow, the branch pipe is connected to a heat accumulator, the output of which is connected to a commercial heat consumer and network pump, the output of which is connected through the housing to the supply pipe.

2. The generator according to claim 1, characterized in that between the working element and the flow chopper there is a liquid flow sampling device connected to an additional flow chamber, inside which a working element is installed that provides super-cavitation mode, after which an additional flow interrupter is installed along the flow drive, the outlet of the flow chamber is connected through the housing with a hub made of a hollow, and a collector covering the outer surface of the flow chamber, equipped with perforations in the area element, moreover, in the case in front of the working element there is a turbulator made in the form of a flow breaker with a drive, while all the drives of the breakers of the corresponding flows are interconnected.

3. The generator according to claim 1 and 2, characterized in that between the network pump and the housing there is an upstream cavitation activator made in the form of a confuser, a flow chamber, tangentially connected to the housing, inside of which a working element is installed on the hollow hub, the hollow hub is connected to heat accumulator mainly at the top point.

4. The generator according to claim 3, characterized in that the nozzles are predominantly perpendicular to the direction of flow, the inputs of which are connected to the outlet of the mains pump, in the flow chamber behind the working element along the flow.

5. The generator according to claim 4, characterized in that the axis of the nozzles are located at an angle to each other.

6. The generator according to claim 1 - 5, characterized in that the actuator drive circuit breakers is connected through a regulator to a temperature sensor, and one of the inputs of the regulator is connected to a noise sensor behind the working element.

7. The generator according to claim 2, characterized in that the turbulator made in the form of a flow interrupter is equipped with additional flow guides made, for example, in the form of plates mounted on the movable part of the interrupter at an angle to the incoming flow.

8. The generator according to claim 2, characterized in that the chopper and the additional chopper are connected to provide a bias of the moment of the onset of pulses in the choppers.

9. The generator according to claims 1 to 8, characterized in that the front edge of the coaxial cylinders directed towards the fluid flow is made sharp, with a beveled inner surface made in the form of a smooth concave profile, and the front edge of the hub directed towards the fluid flow is made sharp, with a beveled outer surface, made in the form of a smooth concave profile.

10. The generator according to paragraphs. 1 to 9, characterized in that a pressure regulator is installed at the output of the heat generator.

11. The generator according to claims 1 to 9, characterized in that all the nodes in contact with the liquid are made with an organosilicon coating.